[发明专利]通过流体冲击分离薄板

说明书

发明背景

发明领域

本申请涉及通过流体冲击分离脆性材料薄板，更具体地说，涉及对脆性材 料施加的流体能量作出响应而产生裂缝并沿刻痕线延伸。

相关领域描述

常规采用两种方法来切割脆性材料，例如玻璃、无定形玻璃、玻璃-陶瓷 或陶瓷材料的薄板或使之成形，从而形成具有所需构型或几何结构的薄片。这 两种方法包括机械方法和热方法(例如，激光)。

第一种常规方法包括利用硬质器件(例如，钻石或钨针尖(tungsten tip))在 脆性材料表面划线来机械刻划薄板，然后使之对施加于该材料的显著弯矩 (bending moment)作出响应而沿刻痕线裂开。薄板通常因薄板内部的应力分布 而在水平和垂直(移动)方向上呈弓形而偏离平面。一般在刻痕线周围通过物理 方法弯曲脆性材料来施加弯矩。然而，必须小心控制弯曲位移量和薄板位移量， 因为弯曲会沿刻痕线产生多处断裂起点，甚至导致碎裂(即，裂缝延伸到刻痕 线以外)。对于大的薄板，弯曲度易增加，从而导致弯曲分离更难和不可控。 弯曲还扰动薄板形状(因其弓形)，弯曲方法会在弯曲过程中致使薄板变平，然 后在分离后释放该薄板。这可能会显著导致薄板应力。在最坏的情况下，如果 薄板弯曲度太高，弯曲分离无法进行。此外，弯曲分离可能产生边缘摩擦(特 别是薄板弯曲度较高)，这样会沿着边缘产生碎片。

第二种常规技术包括激光刻划，例如美国专利号5,776,220所述。典型的 激光刻划包括用连续波激光加热脆性材料的局部区域，然后通过施加冷却剂， 例如气体，或液体，例如水来立即猝冷该加热区域。可采用弯曲，例如机械刻 划而通过机械断裂，或通过第二高能激光束实现激光刻划材料的分离。利用第 二高能激光束能在不产生弯曲的情况下进行分离。然而，该分离缓慢且常难于 控制裂缝延伸。第二激光束还产生热裂(thermal checks)并引入高残留应力。

应该注意的是，物理/机械接触薄板，例如用硬质、尖锐探头沿刻痕线敲 击薄板以促进裂缝和分离会有破坏和/或使玻璃薄板碎裂的危险。此外，裂缝分 离后，两条新形成的边缘有在一起摩擦进而导致边缘破坏，例如碎裂的危险。

因此，需要快速、可重复且一致的分离方法从而能最大程度减少脆性材料 薄板的弯曲，最大程度减少对薄板的操作并最大程度减少硬质物件与玻璃薄板 的物理接触。还需要最大程度减少可在垂直成形工艺(拉制法)或水平成形(例 如，浮法玻璃)期间采用的扰动分离。还需要降低通常与剧烈弯曲诱导分离相 关的扭曲-锯齿变形，并改进分离边缘质量。需要沿刻痕线一致性地分离脆性 材料，而无需物理弯曲该材料，或引入极端的温度梯度。特别需要在极短时间 内(短于1秒)从连续移动的脆性材料长带上分离方片，同时能减少可沿着该长 带向上游方向延伸的所造成的扰动。

因此，需要能解决上述问题并具有上述优点的设备和方法。

发明概述

本发明通过将流体(例如，水、空气)施加于刻痕线而在无需施加弯矩并且 无需使玻璃薄板与硬质或尖锐探头接触的情况下，通过冲击负荷快速分离脆性 材料，而不产生显著的剪切运动。本系统还能从连续移动的脆性材料长带上快 速、可重复且一致地分离脆性材料方片，同时能减少在该长带中引入的扰动。 本系统还能分离脆性材料薄板，从而降低通常与剧烈弯矩诱导分离相关的扭曲 -锯齿变形，因此能改进边缘质量并减少分离产生的玻璃颗粒。本系统可用于 分离静止的、独立的或固定的材料薄板。然而，现已发现尤其适用于从材料长 带分离方片，现还发现适用于从移动的玻璃长带分离玻璃方片。

在本发明的另一方面，分离脆性材料薄板的方法包括将赋能流体流沿刻痕 线引向薄板，该流体流具有足够的流体能量以引发裂缝并使裂缝沿刻痕线延 伸。

在本发明还有另一方面，分离具有刻痕线的薄板的设备包括流体施加装 置，该装置支撑并安置有喷嘴以将赋能/压缩流体沿刻痕线引向薄板来引发裂缝 并使裂缝沿刻痕线延伸。

作为清洁和可重复方法的一部分，本发明的目的之一是通过空气的单次爆 射(single burst of air)来分离脆性薄板，例如玻璃。

本发明的其它特征和优点见下文详述，本领域普通技术人员从详述中不难 明白，或如本文所述实施本发明可认识到这些特征和优点。为了描述，以下讨 论根据玻璃制造作以说明。然而，应该理解随附权利要求所限定和列举的发明 不限于此，除了规定脆性材料是玻璃的那些权利要求。